Подшипники жидкостного трения

Подшипники жидкостного трения (ПЖТ) получили широкое распространение в прокатных станах. Принцип работы этих подшипников заключается в том, что при всех условиях работы (при больших давлениях и даже небольших скоростях скольжения шейки в подшипнике) между телом шейки и материалом подшипника всегда сохраняется (не выдавливается) масляная пленка, благодаря чему шейка как бы плавает в подшипнике. Состояние жидкостного трения обеспечивается в этих подшипниках благодаря тщательной (зеркальной) обработке трущихся деталей и совершенно закрытой (герметичной) конструкции самого подшипника. При вращении шейки валка в таких подшипниках ей приходится преодолевать очень незначительное трение в масляной пленке, зависящее от вязкости масла. Коэффициент трения таких подшипников очень невелик и при больших скоростях прокатки он даже несколько меньше, чем коэффициент трения в роликовых подшипниках. Подшипник состоит из двух основных деталей:

1) сменной втулки-цапфы, насаженной (на шпонке) на коническую шейку валка и вращающейся вместе с ним. Наружный диаметр цапфы является номинальным диаметром подшипника. Согласно ГОСТ 7999—70 предусмотрено изготовление подшипников диаметром 0,14— 1,18 м при l/d=0,6 и 0,75. После обработки по 1-му классу точности (с предельным отклонением минус 18—45 мкм) рабочая поверхность втулки-цапфы становится зеркальной, соответствующей 12-му классу шероховатости (средняя высота микронеровностей не более 0,25 мкм) по ГОСТ 2789-73;

2) втулки-вкладыша с заливкой (центробежным способом) толщиной 3—5 мм, изготовленной из высокооловянистого баббита марки Б83 (состав, %: 83 Sn, 6 Сu и 1 Sb). Поверхность баббитовой заливки обрабатывают по 10-му классу шероховатости Н_ср<0,8 мкм), и после приработки в подшипнике она также приобретает зеркальный вид. Номинальный внутренний диаметр втулки d_B=dп+2δ, где δ —радиальный зазор в подшипнике, обычно принимают δ = 100÷200 мкм.

Шейки валков изготовляют коническими по следующим соображениям:

1)для того чтобы легко снять подшипники с шейки валка, на которую подводится смазка по небольшим радиальным отверстиям;f

2)коническая шейка в сечении около бочки прочнее цилиндрической, так как диаметр ее больше.

Величина коэффициента трения в подшипнике зависит от вязкости масла; В большинстве случаев для тяжелонагруженных подшипников прокатных станов применяют хорошо очищенное вязкое масло П-28 (брайтсток); масляная пленка в подшипнике способна выдерживать давление до 25 МПа. Для высокоскоростных и легконагруженных подшипников можно применять менее вязкое турбинное масло марки УТ.

Для подшипников жидкостного трения устанавливают отдельную масляную систему. Масло из резервуара засасывается шестеренчатым насосом, подается в фильтр, проходит через охладитель (в летнее время) и при давлении ~0,1 МПа подается в подшипник. Электродвигатель привода насоса сблокирован с регулятором давления; если давление в сети недостаточно, то автоматически включается двигатель шестеренчатого насоса.

Подшипники жидкостного трения бывают двух типов — горизонтальные и вертикальные, причем для восприятия возможных осевых условий они имеют на концах шеек радиально-упорные шариковые (для небольших ПЖТ) или радиально-упорные роликовые конические (для средних и крупных ПЖТ) подшипники. Благодаря высокой точности изготовления и очистки масла коэффициент трения ПЖТ меньше, чем у роликовых конических подшипников качения, и составляет 0,001—0,005.

ПЖТ, собранный в подушке, легко монтируется на шейку валка —внутренняя втулка-цапфа имеет шпоночное соединение с конической шейкой валка и вращается в наружной цилиндрической втулке-вкладыше, имеющей баббитовую заливку по внутреннему диаметру. Для облегчения демонтажа подшипника на сопрягаемые по шпонке конические поверхности подается смазка через отверстие в конусной втулке.

Со стороны бочки валка на втулке-вкладыше имеется сменное кольцо-насадка для фиксации резиновых уплотнений.

Радиальная нагрузка воспринимается баббитовой заливкой (максимальное давление 25 МПа) и передается на подушку; осевая нагрузка — радиально-упорными подшипниками качения, наружные кольца которых фиксируются резьбовым кольцом-гайкой. Подшипник полностью герметизирован уплотнителями с передней и задней стороны, которые не допускают проникновения влаги, пыли и вытекания масла. На конце шейки валка ПЖГ фиксируется при помощи резьбовых полуколец и гайки.

В крупных ПЖТ двухрядный конический роликоподшипник своим внутренним кольцом установлен на втулке, опирающейся своим высоким фланцем в торец втулки-вкладыша с баббитовой заливкой; по наружным кольцам роликоподшипник установлен в специальном стакане, предназначенном для передачи осевых усилий на переднюю крышку и затем на подушку, зафиксированную в окне станины упорными планками.

Основными параметрами ПЖТ являются диаметр и длина баббитовой заливки (d×l)- Для компенсации прогиба валка подушки с ПЖТ вверху и внизу опираются на сферические подпятники.

Гидродинамические ПЖТ обеспечивают жидкостное трение между втулкой и цапфой при высоких скоростях, когда вращающаяся с большой скоростью цапфа увлекает за собой смазку и образуется масляный клин, давление в котором уравновешивает внешнюю нагрузку. В переходных режимах работы прокатного стана (при пуске, реверсе, при заправочной скорости под полным давлением на валки) жидкостное трение не обеспечивается, увеличивается момент трения в подшипниках и затрудняется их эксплуатация.

При изменении частоты вращения валков изменяется толщина смазочного слоя в подшипниках и вследствие этого толщина прокатываемой полосы (образуется разнотолщинность).

Гидростатодинамические ПЖТ являются подшипниками комбинированного типа: смазка под высоким давлением подается в подшипник только в период переходных режимов работы стана (при пуске, торможении и при работе на небольших скоростях); при установившемся режиме работы стана (при больших скоростях) высокое давление смазки автоматически выключается и жидкостное трение в подшипнике обеспечивается масляным гидродинамическим клином, образующимся при высоких скоростях вращения цапфы и при подаче смазки под обычным дляПЖТ давлением (100—150 кПа).

На рабочей (нижней) поверхности втулки имеются четыре углубления-кармана, в которые в переходные режимы подается смазка под давлением 50 МПа. Карманы выполнены в виде узких канавок на дуге около 40°, что незначительно уменьшает рабочую опорную площадь вкладыша, воспринимающую внешнюю нагрузку; расход смазки на один подшипник около 8 л/мин. Распределение смазки между карманами осуществляется капиллярными трубками, предотвращающими утечку мас­ла через какой-либо один карман при перекосе подшипника.

Обычная система смазки ПЖТ имеет дополнительную систему высокого давления: насос, обратный клапан, предохранительный клапан и манометр. Насос включается автоматически, когда скорость цапфы снижается до определенной величины (2—3 м/с); питание насоса — от напорного трубопровода низкого давления системы ПЖТ; слив масла из подшипника по общему сливному трубопроводу. Насос выключается также автоматически, когда скорость цапфы оказывается достаточной Для создания гидродинамического режима подшипника (образования масляного клина).

 

24. Подшипники качения

Подшипники качения широко применяются в четырехвалковых станах горячей и холодной прокатки листов, а также в тонколистовых двухвалковых, заготовочных и сортовых станах. Для валков этих станов применяют исключительно роликовые подшипники с коническими роликами (двухрядные и четырехрядные), так как они хорошо самоустанавливаются и способны воспринимать большие осевые нагрузки.

Роликовые подшипники для прокатных валков изготовляют по специальным заказам, так как они должны соответствовать предъявляемым специфическим требованиям: выдерживать большие нагрузки при прокатке и иметь габариты, необходимые для монтажа их в подушках валков. Например, для больших четырехвалковых станов холодной прокатки один подшипник, должен выдерживать давление до 15—20 МН. Наружный диаметр такого подшипника составляет более 1 м и масса его превышает 3 т.

В четырехвалковых станах горячей и холодной прокатки подшипники жидкостного трения (ПЖТ) устанавливают только на опорных валках: на рабочих валках вследствие сравнительно небольших давлений на шейке и ограниченности габаритов подшипники жидкостного трения применяют весьма редко, вместо них устанавливают конические роликовые подшипники.

Для облегчения монтажа и демонтажа подшипниковых узлов и повышения прочности шеек рабочих валков четырехвалковых станов в последние годы стали применять роликовые конические подшипники с внутренними конусными отверстиями.

Многорядные подшипники с цилиндрическими роликами имеют внутренние кольца, взаимозаменяемые по наружному диаметру, т. е. обработанные с большой точностью. Внутренние кольца монтируют на шейки валков с неподвижной посадкой; при смене валков внутренние кольца остаются на шейках валков. При переточке и перешлифовке бочки валок устанавливают в люнетах станка по наружному (весьма точному) диаметру внутренних колец, поэтому эксцентричность бочки валка может быть полностью исключена, что в результате повысит точность проката (уменьшится разнотолщинность полосы). Детали подшипника (цилиндрические ролики и внутренние кольца) имеют весьма простую конфигурацию, поэтому их можно обрабатывать с высокой точностью.

Указанные выше преимущества позволяют применить многорядные подшипники с цилиндрическими роликами в опорах валков при больших скоростях прокатки (30—40 м/с) на листовых, сортовых и проволочных станах.

Как известно, подшипники типа ПЖТ имеют существенный недостаток: при изменении скорости вращения цапфы изменяется толщина масляного клина, что отрицательно влияет на точность проката (изменяется разнотолщинность полосы). Точно изготовленные (прецизионные) подшипники с цилиндрическими роликами не имеют этого недостатка, поэтому за последние годы наметилась тенденция на станах горячей и холодной прокатки тонкой полосы устанавливать подшипники качения с цилиндрическими роликами не только на рабочих валках, но и на опорных (вместо ПЖТ).

С целью повышения нагрузочной способности и улучшения отвода тепла в подшипники качения необходимо подавать жидкую (а не густую) смазку. Весьма рациональной является смазка масляным туманом.

 

25. Станины рабочей клети — самые ответственные детали прокатного стана. В них монтируют подушки валков стана, а также другие устройства и механизмы, обеспечивающие заданную точность прокатки и производительность стана. Все давление металла на валки, возникающее при прокатке, воспринимается станинами. Поэтому при конструировании и изготовлении станин особое внимание уделяется их прочности и жесткости.

По конструкции станины делят на две группы: закрытого и открытого

типа.

Станина закрытого типа представляет собой литую массивную жесткую раму, в середине ее сделано окно для установки в нем подушек валков, внизу станина имеет приливы (лапы). В приливах предусмотрены отверстия для болтов, которыми станины крепят к плитовинам.

Станины этого типа, как более прочные и жесткие, применяют в рабочих клетях блюмингов, слябингов, тонколистовых станов горячей и холодной прокатки и иногда заготовочных и сортовых станов.

Станина открытого типа состоит из двух частей: собственно станины и крышки. Крышку скрепляют со станиной болтами или клиньями, устанавливаемыми с затяжкой.

Эти станины характеризуются меньшей жесткостью по сравнению со станинами закрытого типа, однако они дешевле в изготовлении позволяют осуществлять перевалку валков непосредственно краном (вверх) при снятой крышке. Станины этого типа применяют в клетях сортовых и рельсо-балочных станов.

Размеры станин определяются возможностью размещения в окне станины подушек валков и конца нажимного винта, а также требуемой прочностью и жесткостью.

Верхнюю и нижнюю части станин называют поперечинами (в станинах открытого типа верхней поперечиной является крышка), а боковые — стойками.

Сечение стоек делают обычно двутавровым или прямоугольным.

Для большей надежности в работе, как правило, станины изготовляют из стального углеродистого литья. Механические свойства стали следующие: предел прочности σ_B = 500÷600 МПа, удлинение δ=12— 16%. Для мелкосортных и среднесортных станов станины могут быть изготовлены из высокопрочного чугуна, содержащего шаровидный графит.

Станина — самая ответственная часть прокатного стана, поэтому ее следует выполнять с большим запасом прочности. При поломке валков материал станин не должен давать остаточных напряжений. Если для валков коэффициент запаса прочности принимают равным не менее 5, то для станин этот коэффициент должен быть не менее 10. Таким образом, при пределе прочности стального литья станин σ_в= =500—600 МПа допускаемое напряжение в станинах принимают равным [σ] =50÷60 МПа. Для станин из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом допускаемое напряжение [σ] =40÷50 МПа.

 

31. Универсальные шпиндели с бронзовыми вкладышами. В основу конструкции универсальных шпинделей положен принцип шарнира Гука поэтому шпиндели могут передавать вращение и крутящий момент под углом наклона до 8—10°. Благодаря шарнирной конструкции универсальные шпиндели работают плавно; вместе с тем они позволяют передать большие крутящие моменты, поэтому их применяют для привода валков как листовых и сортовых станов (при угле наклона около 1—2° и моменте 50—200 кН-м), так и обжимных, толстолистовых и заготовочных станов (при угле наклона 3—10° и моменте 0,5—3,0 МН-м).

Длину шпинделя (по осям шарниров) определяют исходя из допустимого или принятого угла наклона его и высоты перемещения одного из шарниров, характеризуемой высотой подъема верхнего валка при прокатке металла наибольшей толщины по формуле L=Н/tgα.

Так как шпиндели передают большие крутящие моменты, то шарниры их должны быть весьма прочными. Наружный диаметр шарнира шпинделя со стороны привода ограничивается межосевым расстоянием шестерен шестеренной клети (или валов электродвигателей), а со стороны рабочей клети — диаметром валков (когда верхний валок лежит на нижнем). Так как в процессе работы стана валки изнашиваются и диаметр их уменьшается при переточках, то со стороны рабочей клети диаметр шарнира шпинделя должен быть несколько меньше диаметра переточенного валка. Таким образом, диаметр шарнира шпиндели ей стороны рабочей клети всегда меньше, чем со стороны привода, поэтому прочность первого шарнира также меньше прочности второго. Рассчитывать на прочность надо именно шарнир, расположенный со стороны валков, а не со стороны привода.

Универсальный шпиндель четырехвалкового реверсивного стана конструкции ВНИИметмаша. В конструкции шпинделя предусмотрен оригинальный и весьма простой способ подвода густой смазки к бронзовым вкладышам (бронза марки АМ9-4) через осевое и радиальные отверстия от стационарного подшипника с уплотнением, входящего в состав устройства для уравновешивания шпинделя; в подшипник густая смазка периодически подается питающими клапанами, включенными в цеховую систему автоматической централизованной смазки.

Большой износ вкладышей, вызывающий значительный расход дорогостоящей и дефицитной бронзы для изготовления запасных вкладышей, масса каждого из которых на больших станах достигает 300 кг, побуждает конструкторов изыскивать более рациональные конструкции шарниров. Опыт замены бронзовых вкладышей пластмассовыми дает положительные результаты при надежном подводе смазки и охлаждения шарниров.

Для привода валков чистовых клетей непрерывных мелкосортных и проволочных станов, работающих при больших частотах вращения (до3000 об/мин), универсальные шпиндели с бронзовыми вкладышами и шпиндели с шарнирами на подшипниках качения (карданные валы) во многих случаях оказываются неработоспособными; первые — ввиду неудовлетворительных условий смазки и быстрого износа вкладышей, а вторые — ввиду незначительной долговечности крестовин с подшипниками качения. При применении этих шпинделей возникает сильная вибрация валков при прокатке.